磁运行器件在扶持会诊、靶向给药、微创手术等生物医学限制具有特有的上风。由于软磁材料唐突在磁运行中剖判出不同的动态行为，因此不错好意思满更复杂和无邪的磁运行。

其中，FeSiB非晶/纳米晶合金因具有高填塞磁化强度、低矫顽力等优异的软磁性能与讲求的生物相容性，在磁运行限制剖判出极大的诓骗后劲。

然而，如熔体旋淬法等传统制备要领虽能通过高冷却速率取得非晶相，但只可制备浅陋体式的薄带或细丝，难以满足器件对复杂结构的需求。因此，探索兼具高冷却速率与几何定制才调的制备工艺是好意思满FeSiB非晶/纳米晶合金在磁运行器件限制诓骗的过错。激光粉末床熔融（LPBF）金属增材制造/3D打印时刻的出现为这一辛苦提供了处理有策画。

近日，中南大学照顾团队在JMST期刊发表了题为Competitive microstructural evolution on the soft magnetic and mechanical properties of FeSiB amorphous/nanocrystalline alloys fabricated by laser-beam powder bed fusion的论文。揭示了LPBF增材制形成形FeSiB合金中考究度与非晶化进程的竞争性演变递次过火对软磁性能的交换耦合调控机理。

本期谷·专栏将对JMST刊登的论文解读本体进行共享。

论文引诱： https://doi.org/10.1016/j.jmst.2025.04.063

第一作家：高成德

通信作家：帅词俊

通信单元：中南大学

01

激光增材制造FeSiB合金成型质料-非晶度的竞争谋划

LPBF手脚一种典型的金属增材制造时刻，凸起的特色等于快速凝固、非均衡组织的构建和高工艺解放度。

在LPBF进程中，激光功率、扫描速率等工艺参数共同决定体能量密度，从而影响熔池行为、成型质料以及相结构。

中南大学的照顾发现，合金密度跟着激光功率升高和扫描速率裁汰而增多。然而，较低扫描速率或较高激光功率条目下的低冷却速率却不利于非晶相的形成。

关联性分析显现出合金的考究度与非晶含量之间存在竞争谋划，因此，优选工艺参数下考究度和非晶含量的合理均衡是取得最好概述性能的必要条目。

02

FeSiB合金非晶/纳米晶双相结构的形成与共存机制

LPBF制备FeSiB合金呈现典型的非晶/纳米晶双相结构，即以非晶相为基体，α-Fe(Si)与Fe2B纳米晶晶粒嵌布于基体中，这些纳米晶颗粒频繁相聚散播在熔池领域或热影响区。

由于LPBF进程中存在极高的冷却速率，熔池在快速凝固进程中唐突扼制原子长程有序成列，从而形成以非晶相为主的基体结构。然而，由于熔池里面存在温度梯度和热轮回效应，局部区域仍可能发生部分晶化，从而形成纳米圭表的晶体相。

03

FeSiB合金软磁性能的影响成分与调控机理

LPBF制备FeSiB非晶/纳米晶合金的软磁性能主要由非晶/纳米晶双相结构、晶粒尺寸、里面残障等多成分共同决定。

非晶结构由于短少晶界和低磁各向异性，可显贵裁汰矫顽力，纳米晶相的引入唐突通过非晶基体与纳米晶体之间交换耦相助用来提高填塞磁化强度，2026世界杯-最新版官方软件当纳米晶尺寸处于纳米圭表且均匀散播时，可在保抓较低矫顽力的同期擢升磁化才调。

然而，晶粒尺寸增大或晶体相含量过高会导致磁畴壁引导受到废除，从而增多矫顽力并裁汰软磁性能。与此同期，合金中的孔隙和裂纹等残障也会手脚畴壁的钉扎位点并导致矫顽力恶化。因此，非晶/纳米晶结构和成型质料的均衡是LPBF制备FeSiB合金好意思满高填塞磁化强度与低矫顽力的过错。

04

FeSiB合金的力学性能与强化机制

LPBF制备FeSiB非晶/纳米晶合金因其非晶/纳米晶双相结构展现出增强的力学性能，并受到合金的非晶化进程与考究度的共同影响。

非晶结构由于短少位错滑移机制，频繁具有较高的硬度和强度，但塑性相对有限。通过在LPBF制备FeSiB合金的非晶基体中引入纳米晶强化相，可显贵擢升合金的塑性变形才调。

与此同期，合金的孔隙等里面残障相同会在加载进程中成为裂纹萌发祥而导致合金的力学性能下跌。因此，照顾团队通过调控LPBF工艺参数以好意思满材料考究度与非晶含量之间的均衡，从而制备兼具软磁性能和力学性能的FeSiB非晶/纳米晶合金。

05

追思与瞻望：激光增材制造软磁合金的改日

为处理传统制备要领在FeSiB非晶/纳米晶合金制备进程中存在的外形结构受限和生物安全恐吓的问题，这项照顾改造性选择LPBF时刻制备FeSiB非晶/纳米晶合金，系统议论了LPBF工艺参数对合金的成型质料、显微结构、软磁性能和力学性能的影响递次，重心揭示了工艺参数调控下合金考究度和非晶度竞争性的内在机制过火性能增强机理。

成果标明，LPBF时刻是好意思满FeSiB合金结构与性能定制化调控的有用要领，其通过均衡考究度与非晶化进程的竞争谋划，为高性能软磁合金在磁运行限制的诓骗提供了新想路和照顾因循。

06

图片暴露

图1 不同能量密度（E，200-1000 J/mm³）下单说念熔说念的超景深图像。具体的激光功率（P）和扫描速率（v）如下：(a) 160 W，240 mm/s；(b) 200 W，240 mm/s；(c) 250 W，200 mm/s；(d) 300 W，160 mm/s；(e) 300 W，120 mm/s。

图2 LPBF制备的FeSiB样品的（a）密度和（b）非晶含量随激光功率（P）和扫描速率（v）变化的等高线图；（c）能量密度、激光功率、扫描速率、密度和非晶含量的关联矩阵（皮尔逊关谋划数和斯皮尔曼秩关谋划数）。

图3 LPBF制备的FeSiB样品的密度/非晶含量与激光功率、扫描速率和能量密度的点云图，以及拟合函数和R²值。

图4 LPBF制备的P300v220样品的SEM和EBSD分析：(a) 截面结构的SEM图像；(b) 熔池和热影响区；(c)热影响区内的微不雅结构；(d， f) 相图；(e， g) 对应于(d)和(f)的反极图；(h) 晶界散播；(i) 对应于(e)的晶粒尺寸-面积分数图。

图5 LPBF制备的P300v220样品的明场TEM图像：(a) TEM和SAED（插图）图像；(b) 纳米晶和非晶区域之间的较着界面；(c) 纳米晶和(d) 非晶区域的IFFT和FFT（插图）图像；(e) 非晶相中纳米晶粒和中程有序结构的HRTEM图像；(f， g) 纳米晶粒散播的TEM和HRTEM图像；(h) Fe₂B相的IFFT和FFT（插图）图像。

图6 LPBF制备的FeSiB样品的磁性能：(a) 磁滞回线；(b) Ms和Hc随非晶含量的变化；(c) 磁致伸缩弧线；(d) 填塞磁致伸缩扫数（λmax）随非晶含量的变化。

图7 (a) 硬度和(b) 杨氏模量的等高线图（斑点暗示压痕位置）；(c) LPBF制备的FeSiB样品的平均硬度（蓝色暗示）和杨氏模量（红色暗示）；(d) 典型的载荷-位移弧线；(e) 塑性和弹性功的散播区域；(f) 载荷-位移弧线的局部放大图。

论文援用

Chengde Gao， Jingwei Hu， Xiong Yao， Hao Pan， Cijun Shuai， Competitive microstructural evolution on the soft magnetic and mechanical properties of FeSiB amorphous/nanocrystalline alloys fabricated by laser-beam powder bed fusion， J. Mater. Sci. Technol. 246 (2026) 28-43.

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